基于塞贝克效应或帕尔贴效应,热电器件能实现电能和热能的直接转换。该技术是一种全固态的转换形式,具有体积小、无震动、无污染等优点,在航天器电源、车载冰箱、废热回收等方面有着广阔的应用前景。特别是可集成的微型热电器件在生物传感与细胞培养、自供电物联网和可穿戴电子等领域具有重要的应用潜力。它可以实现局部热管理、温度传感和微小温度梯度下的能量收集。地源热泵,是一种利用储藏于地表浅层的地热资源（约47%的太阳辐射能量）,将陆地浅层土壤或者地下水作为冷/热源,进行能量转换的制冷/供暖技术。地表的土壤和水体是一个巨大的动态能量平衡系统,可以自然地保持能量吸收和放出的相对平衡,温度长年保持在18℃左右,如果将其作为热电空调的冷/热源,将可以使该空调系统具有较高的制冷/制热系数。本文研究内容围绕热电器件展开,主要分为两个部分。第一部分,基于微机电加工技术和电化学沉积方法,我们探索了热电微器件的制备工艺,利用电化学沉积制备出了致密的N型和P型热电材料,探索了图案化生长的技术。第二部分,首次提出了地热-热电协同空调系统的概念,并研发出了原理样机。使用商业化的Bi2Te3基热电器件作为热泵,进一步提升了浅表热能的品位。该系统相比于传统的蒸汽压缩式空调,具有结构简单,不需要压缩机、膨胀阀等部件,去除了制冷剂,从而从源头上杜绝了制冷剂泄漏对环境破坏的可能性。同时可实现终端的分立式以及个性化的热能管理,可以合理地利用地热资源。实验结果显示,工程样机性能优良,制冷模式下,当输入功率为350 W、环境温度为25℃时,样机的制冷量为631 W,相应的COP为1.77;制热模式下,当输入功率为350 W、环境温度18℃时,样机的制热量为590 W,相应的COP为1.65。